JPH0758704B2 - ラジカル反応式精密切断装置用ガス供給ノズル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ラジカル（遊離基）反
応を利用して、例えば、半導体デバイス製造用シリコン
単結晶やゲルマニウム単結晶、ガリウム−ひ素化合物、
或いは通常の機械的方法では切断が困難なセラミック
ス、ガラスなどの比較的厚肉の材料を精度よく切断する
精密切断装置に用いられるラジカル反応式精密切断装置
用ガス供給ノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン単結晶等の切断には、従来、ダ
イヤモンドホイールによるダイシング加工方法が採用さ
れているが、この方法による切断では、表面に塑性加工
層の残留、微細クラックが発生し、製造されたウェハー
の歩留りが低下する原因となっている。

【０００３】このような問題点を解消するために、ラジ
カル反応を利用した精密加工方法が提案されている（特
開平１−１２５８２９号公報）。このラジカル反応によ
る精密加工方法は、反応ガスの雰囲気中に配した被加工
物近傍で、放電又はレーザ光励起により反応ガスを活性
化させてラジカルを生成し、該ラジカルと被加工物の構
成原子又は分子とをラジカル反応させて被加工物を加工
するものである。

【０００４】そして、上記の公開公報には、加工方法の
一例として、ワイヤ供給用ボビンに巻かれたワイヤ電極
をワイヤ引取りボビンに巻き取りながら該ワイヤ電極に
電圧を印加し、ワイヤ電極と被切断物間に放電を発生さ
せて反応ガスを活性化させ、該反応ガスによりラジカル
を生成して該ラジカルと被切断物の構成原子又は分子と
をラジカル反応させ、被切断物をワイヤ電極に対して該
ワイヤ電極を横切る方向に相対的に移動させて被切断物
を切断するラジカル反応による精密切断方法が開示され
ている。

【０００５】ところが、上記の開示技術では、薄い被切
断物であれば、チャンバ内にある反応ガスによりラジカ
ル反応を継続してこれを切断することができるが、厚さ
の厚い被切断物を狭い切断幅で切断する場合、切断溝の
溝底への反応ガスの供給が不十分になりやすい上、反応
生成物が溝底から除去されず、プラズマが消滅するおそ
れがあるため厚肉の被切断物を円滑に切断することがで
きない。

【０００６】このため、本出願人は、上記ラジカル反応
によって形成される切断溝よりも薄く形成されるととも
に切断溝の溝底に反応ガスを噴出する噴出口を側縁に有
するガス供給ノズルを用いて、ワイヤ電極に向けて反応
ガスを噴出し、切断溝の溝底に供給するラジカル反応式
精密切断装置を開発した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ラ
ジカル反応式精密切断装置のワイヤ電極は、通常０．０
５〜０．３ｍｍ程度の極細径のものが使用されるため、
これにより形成される被切断物の切断溝の幅もかなり狭
いものとなり、この切断溝に入り込むことができるガス
供給ノズルの製作は非常に困難なものであった。

【０００８】したがって、本発明の目的は、容易に製作
することができる極薄幅のラジカル反応式精密切断装置
用ガス供給ノズルを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１記載のラジカル反応式精密切断装
置用ガス供給ノズルは、ワイヤ電極に電圧を印加し、該
ワイヤ電極と被切断物間に放電を発生させて反応ガスを
活性化させ、該反応ガスによりラジカルを生成して該ラ
ジカルと被切断物の構成原子又は分子とをラジカル反応
させ、被切断物を前記ワイヤ電極に対して該ワイヤ電極
を横切る方向に相対的に移動させて被切断物を切断する
ラジカル反応式精密切断装置に用いられ、上記ラジカル
反応によって形成される被切断物の切断溝よりも薄く形
成されるとともに、該切断溝の溝底に反応ガスを噴出す
る噴出口を側縁に有するものであって、エッチングによ
り対称なガス流路が形成された２枚の金属製薄板を相互
に固着することを特徴としている。

【００１０】また、本発明の請求項２記載のラジカル反
応式精密切断装置用ガス供給ノズルは、上記請求項１記
載のものに加えて、前記ガス流路が複数の分流路からな
っており、該各分流路は、反応ガスが通過する際の該各
分流路における圧損が等しくなるよう配置されているこ
とを特徴としている。

【００１１】

【作用】本発明の請求項１記載のラジカル反応式精密切
断装置用ガス供給ノズルによれば、エッチングにより対
称なガス流路を２枚の金属製薄板にそれぞれ形成し、こ
れらをそれぞれのガス流路を対向させるようにして相互
に固着することにより製作することになる。

【００１２】また、本発明の請求項２記載のラジカル反
応式精密切断装置用ガス供給ノズルによれば、上記請求
項１記載のものの作用に加えて、ガス流路が複数の分流
路からなり、しかもこれら各分流路が、反応ガスが通過
する際の該各分流路における圧損が等しくなるよう配置
されているため、各分流路を通過する反応ガスの流量が
一定となり、噴出口におけるガス噴出量の部分的な偏り
を生じることがない。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例によるラジカル反応式精密
切断装置用ガス供給ノズル（以下ガス供給ノズルと称
す）について図面を参照して以下に説明する。まず、本
実施例のガス供給ノズルが用いられるラジカル反応式精
密切断装置の全体構成について図５〜図１０を参照して
説明する。

【００１４】これら図において符号１はフレームであ
り、三つのチャンバＣａ，Ｃｂ，Ｃｃを有する。第１の
チャンバＣａにはワイヤ電極Ｗの供給機構２が、また中
央の第２のチャンバＣｂには切断機構３が、更に第３の
チャンバＣｃにはワイヤ電極Ｗの引取り機構４がそれぞ
れ設けられている。

【００１５】ワイヤ電極Ｗの供給機構２は、ワイヤ電極
Ｗが巻かれているワイヤ供給用ボビン５、ダンサーロー
ラ６、ブレーキドラム７、及び位置決めローラ８を主体
とする。ワイヤ供給用ボビン５のワイヤ電極Ｗは、ダン
サーローラ６、ブレーキドラム７、外部ローラ１０、ブ
レーキドラム７の順に巻き付けられ、位置決めローラ８
に引き出される。ワイヤ供給用ボビン５は逆相ブレーキ
用モータ１１の回転軸１２に着脱自在に取り付けられて
おり、ワイヤ電極Ｗの引出し供給時における回転に逆相
ブレーキ用モータ１１で抵抗が掛けられる。

【００１６】ダンサーローラ６はエンコーダ１３の回動
アーム１４に取り付けられている。エンコーダ１３は、
回動アーム１４の回動角からワイヤ供給用ボビン５とブ
レーキドラム７間のワイヤ電極Ｗの張力を検出し、その
検出信号を逆相ブレーキ用モータ１１に出力する。逆相
ブレーキ用モータ１１はエンコーダ１３の検出信号に従
ってブレーキ力を変え、ワイヤ供給用ボビン５とブレー
キドラム７間のワイヤ電極Ｗの張力を一定に保つ。ブレ
ーキドラム７には電極ブレーキ１５が付設されており、
ブレーキドラム７の回転に抵抗を掛ける。

【００１７】切断機構３は、前後（図１では左右）各一
対の案内ローラ１６，１７、１８，１９と、各案内ロー
ラ１６，１７、１８，１９の間に配設された給電ブラシ
２１，２２と、反応ガス供給ノズル２３と、被切断物２
４を保持する保持板２５とを主体とする。チャンバＣｂ
内には、基台２６が底板１ａに下から挿通された固定ピ
ン２７に固定されて設けられている。そしてこの基台２
６の垂直板２８には、上下部材２９が調節ねじ３０によ
って上下に調節自在に取り付けられ、また、この上下部
材２９には、横移動部材３１が調節ねじ３２によって、
案内ローラ１６，１７，１８，１９の並び方向と直交す
る水平方向（図１で紙面に垂直な方向）に調節自在に取
り付けられている。各案内ローラ１６，１７，１８，１
９は外周面に案内溝を有する。

【００１８】切断機構３の案内ローラ１６，１７、１
８，１９は、横移動部材３１に取り付けられており、供
給機構２の位置決めローラ８から隔壁１ｂに設けられた
シール機構３４を通してチャンバＣｂ内に送り込まれた
ワイヤ電極Ｗを水平に案内し、他の隔壁１ｃに設けられ
たシール機構３５を通してチャンバＣｃに送り出す。ま
た各給電ブラシ２１，２２は、取付部材３６に揺動自在
に取り付けられた揺動部材３７に固定され、案内ローラ
１６，１７、及び案内ローラ１８，１９の中間において
ワイヤ電極Ｗに接触している。揺動部材３７はブラシ揺
動用モータ３８によって給電ブラシ２１，２２と一緒に
ワイヤ電極Ｗと直交する水平方向に動かされる。取付部
材３６はワイヤ電極Ｗの長さ方向に調節自在とされてい
る。

【００１９】ガス供給ノズル２３は案内ローラ１７，１
８の間において取付部材３６に水平に取り付けられてい
る。ガス供給ノズル２３は、後述するように、ラジカル
反応で被切断物２４に形成される切断溝２４ａの溝幅よ
りも薄く形成され、その側縁（下縁）にスリット状の噴
出口２３ａを有する。ガス供給ノズル２３の噴出口２３
ａは案内ローラ１７，１８間のワイヤ電極Ｗと平行とさ
れている。また、ガス供給ノズル２３は、塩素やフッ素
等の反応ガスのボンベ（図示せず）にパイプを介して連
結されており、反応ガスを噴出口２３ａから切断溝２４
ａの溝底２４ｂに噴出する。

【００２０】また、被切断物２４の保持板２５は上下用
サーボモータ４０によって上下に動かされるロッド４１
に支えられている。上下用サーボモータ４０は、切断の
進行に合わせて被切断物２４をロッド４１と保持板２５
を介して上昇させる。ロッド４１が貫通された底板１ａ
の部分にはベローズ４２が設けられ、その部分を気密に
している。

【００２１】ワイヤ電極Ｗの引取り機構３は、ガイドロ
ーラ４３，４４，４５，４６と、引取りローラ４７と、
引取り用モータ４８と、ピンチローラ４９とを主体とす
る。引取り用モータ４８は引取りローラ４７を回転させ
る。ピンチローラ４９は上下に回動自在とされたレバー
５１の先端に取り付けられ、ばね５２によって引取りロ
ーラ４７に圧接されている。

【００２２】中央のワイヤ電極Ｗはガイドローラ４３，
４５に、また両側のワイヤ電極Ｗはガイドローラ４３，
４４，４６にそれぞれ案内されて引取りローラ４７とピ
ンチローラ４９の間にそれぞれ挟み込まれており、引取
り用モータ４８による引取りローラ４７の回転でワイヤ
供給用ボビン５から引取りローラ４７に引き取られる。
引取りローラ４７の下にはロールカッタ５３が設けられ
ている。ロールカッタ５３は引取りローラ４７には引き
取られた用済みのワイヤ電極Ｗを所定の長さに切断す
る。

【００２３】符号５５は吸引ノズルである。吸引ノズル
５５はその先端を案内ローラ１７，１８間のワイヤ電極
Ｗの下に配した状態で各隔壁１ｂ，１ｃを貫通して設け
られ、水平移動用ステッピングモータ５６によって動か
される支承部材５７に取り付けられている。水平移動用
ステッピングモータ５６は、上下用サーボモータ４０に
同期して作動し、上下用サーボモータ４０によって上昇
させられる被切断物２４の切断溝２４ａの端部に吸引ノ
ズル５５の先端を常時一致させる。各隔壁１ｂ，１ｃと
吸引ノズル５５との間にはベローズ５８が設けられ、そ
の部分を気密にしている。

【００２４】吸引ノズル５５には真空ポンプ（図示せ
ず）が連結されている。真空ポンプは、ラジカル反応で
生じた反応生成物（ＳｉＦ4 ，Ｓ，Ｃ等）と余剰反応ガ
スを切断溝２４ａの溝底２４ｂから吸引ノズル５５を介
して吸い取る。真空ポンプによる吸引は、中央のチャン
バＣｂ内の気圧が左右のチャンバＣａ，Ｃｃの気圧より
僅かに低くて反応ガスがチャンバＣｂから外に洩れない
程度とされる。各チャンバＣａ，Ｃｂ，Ｃｃの外壁には
適宜点検窓５９が設けられる。

【００２５】なお、上記ラジカル反応式精密切断装置で
は、供給機構２、切断機構３、引取り機構４等が各３組
宛設けられ、被切断物２４の３個所を同時に切断する構
成とされているが、それらの組数を増減させることがで
きる。また、ワイヤ供給用ボビン５やダンサーローラ
６、ブレーキドラム７、シール機構３４，３５等のワイ
ヤ電極Ｗの移送系はすべて絶縁されていることは言うま
でもない。ワイヤ電極Ｗの移送系の絶縁はその静電容量
をなるべく小さくする。また、チャンバ内で発生した電
磁波により、モータ類の誤動作、焼損などの危険性があ
るため、モータ類及び配線には電磁波防止のシールド対
策が施される。

【００２６】次に上記ラジカル反応式精密切断装置の作
動を説明する。引取り用モータ４８で引取りローラ４７
を回転駆動し、ワイヤ供給用ボビン５に巻かれたワイヤ
電極Ｗを引取りローラ４７に引き取りながら、ガス供給
ノズル２３から反応ガスを供給するとともに、給電ブラ
シ２１，２２を通じてワイヤ電極Ｗに電圧を印加し、ワ
イヤ電極Ｗと被切断物２４との間に放電を発生させる。
放電によって反応ガスが活性化してラジカルを生成し、
該ラジカルは被切断物の構成原子又は分子とラジカル反
応する。この結果、被切断物２４に溝２４ａが穿設さ
れ、被切断物２４が切断されるようになる。給電に際
し、ブラシ揺動用モータ３８は給電ブラシ２１，２２を
ワイヤ電極Ｗと直交する水平方向に揺動させ、給電ブラ
シ２１，２２の局部摩耗を防止する。

【００２７】被切断物２４の切断の進行に従って上下用
サーボモータ４０を作動させ、被切断物２４を上昇させ
る。また、吸引ノズル５５で溝底２４ｂの余剰反応ガス
と該ガスによって排出される反応生成物を吸引し、中央
のチャンバＣｂの気圧をチャンバＣａ，Ｃｃよりも僅か
に低くする。このため、反応生成物によって放電が止る
ことがなく、ラジカル反応、つまり切断が円滑に行われ
るとともに、反応ガスの外部への漏洩が防止される。こ
の際、吸引ノズル５５は、被切断物２４の外周面に沿っ
て相対移動するように、被切断物２４の上昇に同期して
ステッピングモータ５６で水平に動かすようになってい
る。そしてこの切断時に、ガス供給ノズル２３は被切断
物２４の上昇に伴ってワイヤ電極Ｗと一緒に切断溝２４
ａ内に入り込むことになるため、被切断物２４の肉厚が
大で、切断溝２４ａがどのように深くなっても溝底２４
ｂに反応ガスを十分に供給して均一な切断加工を継続す
ることができる。

【００２８】なお、ワイヤ電極Ｗには、通常、０.０５
〜０.３mm径の各種材質のワイヤが使用される。ワイヤ
電極Ｗの供給移送速度は、ワイヤ電極Ｗの強度等を勘案
して決定する。各種のワイヤ電極Ｗに対応するため、引
取り用モータ４８の回転速度、逆相ブレーキモータ１１
と電極ブレーキ１５のブレーキ力は調節自在とされてい
る。

【００２９】次いで、上述したラジカル反応式精密切断
装置に用いられる本発明に係わるガス供給ノズル２３の
一実施例について、図１〜図４等を参照して説明する。
本実施例のガス供給ノズル２３は、切断時に被切断物が
その中央部分を通過するノズル本体６０と、このノズル
本体６０の両端部に固定された、ラジカル反応式精密切
断装置への固定用治具６１とを有しており、ノズル本体
６０には、その一方の側縁にスリット状に開口し被切断
物２４の切断溝２４ａの溝底２４ｂに対向し該溝底２４
ｂに反応ガスを噴出する噴出口２３ａを有するガス流路
６２が内部に設けられている。ここで、上記噴出口２３
ａの長さは、最大の被切断物２４の切断幅よりも所定量
長くなるように設けられており、これにしたがってノズ
ル本体６０の長さは噴出口２３ａの長さより固定用治具
６１の取付分を含む所定量長く形成されている。また、
両固定用治具６１には垂直方向に延在する円筒状のガス
導入口６３がそれぞれ設けられている。これらガス導入
口６３は一端がノズル本体６０のガス流路６２に開口連
通しており、外側の他端が反応ガスのボンベ（図示せ
ず）にパイプ等を介して連結されている。そして、上記
のように構成することにより、両固定用治具６１および
両ガス導入口６３は切断中に被切断物２４に干渉するこ
とがない。なお、ノズル本体６０の厚さは、通常、０.
１５〜０.３mm程度である。

【００３０】ここで、上記ノズル本体６０は、図１およ
び図２に示すように２枚の金属製薄板６０ａ，６０ｂか
らなっており、各金属製薄板６０ａ，６０ｂにエッチン
グにより対称な図３（ａ）および図４（ａ）に示すよう
な形状のガス流路６２をそれぞれ片面形成し、これらを
ガス流路６２側を対向させるようにして相互に固着する
ことにより製作されている。したがって、複雑困難な製
作方法をとることなく、容易に製作することができるの
である。

【００３１】図３（ａ）に示すガス流路６２は、ガスノ
ズル本体６０の外形にほぼ沿った空洞部６２ｘと、該空
洞部６２ｘを側縁より外部開口する噴出口形成部６２ｙ
と、該噴出口形成部６２ｙの近くに、その長手方向に沿
って適宜間隔をあけて配置され、前記空洞部６２ｘを複
数の区域に分割する整流部材６２ｚとより形成されてお
り、ガス流路６２として、図３（ａ）に示す流路からな
るものを採用した場合、両側のガス導入口６３から導入
される反応ガスは、図３（ｂ）に示すように各ガス導入
口６３に近い端側の噴出口２３ａの風速が高く、噴出口
２３ａの中央部分の風速はこれより極端に少ないことに
なるため、切断部分全域にわたって均一な切断加工状態
を維持するのが困難となる可能性がある。そこで、図４
（ａ）に示すガス流路６２は、ガスノズル本体６０に形
成された空洞部６２ｘの内側に、ガスノズル本体６０の
長手方向に沿ってその両端部側から内方側に向けて延長
され、内方端部が噴出口形成部６２ｙの側に向けて斜め
に折曲されている整流部材６２ｚ’が、複数個、噴出口
形成部６２ｙの側からその反対側に向けて、間隔を徐々
に広げて平行に配設されて複数に分割されており、すな
わち、各端のガス導入口６３側から噴出口２３ａの各ガ
ス導入口６３に近い端側に導く第１の分流路６２ａ、各
ガス導入口６３側から噴出口２３ａの前記各第１の分流
路６２ａより内側に導く第２の分流路６２ｂ、各ガス導
入口６３側から噴出口２３ａの前記各第２の分流路６２
ｂより内側に導く第３の分流路６２ｃおよび各ガス導入
口６３側から噴出口２３ａの前記各第３の分流路６２ｃ
より内側の中央部近傍に導く第４の分流路６２ｄに分割
し、反応ガスが通過する際の各分流路６２ａ〜６２ｄに
おける圧損が等しくなるよう該各分流路６２ａ〜６２ｄ
の流路面積の設定および配置を適宜行なっている。この
ため、各分流路６２ａ〜６２ｄを通過する反応ガスの流
量が一定となり、図４（ｂ）に示すように噴出口２３ａ
に部分的なガス噴出量の偏りを生じることがなく噴出口
２３ａの全域にわたってほぼ均一な反応ガスの風速が得
られることになる。したがって、切断部分全域にわたっ
て均一な切断加工状態を維持することができ、加工精度
等をさらに向上させることができる。なお、噴出口２３
ａの全域からほぼ一定して反応ガスが噴出するように設
定するものであれば、上記分流路の数、各分流路の流路
面積およびその配置等は任意である。なお、図４（ａ）
に示すガス流路６２の空洞部６２ｘの噴出口形成部６２
ｙと反対側の中央壁部は該噴出口形成部６２ｙの側に突
出されており、第４の分流路６２ｄの内方側が噴出口形
成部６２ｙの側に向けられるようになっている。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
記載のラジカル反応式精密切断装置用ガス供給ノズルに
よれば、エッチングにより対称なガス流路を２枚の金属
製薄板にそれぞれ形成し、これらをそれぞれのガス流路
を対向させるようにして相互に固着することにより製作
されるものであるので、複雑困難な製作方法をとること
なく、容易に製作することができる。

【００３３】また、本発明の請求項２記載のラジカル反
応式精密切断装置用ガス供給ノズルによれば、上記請求
項１記載のものの効果に加えて、ガス流路が複数の分流
路からなり、しかもこれら各分流路が、反応ガスが通過
する際の該各分流路における圧損が等しくなるよう配置
されているため、各分流路を通過する反応ガスの流量が
一定となり、噴出口におけるガス噴出量の部分的な偏り
を生じることがない。したがって、切断部分全域にわた
って均一な切断加工状態を維持することができ、加工精
度等をさらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例によるラジカル反応式精密
切断装置用ガス供給ノズルを示す斜視図である。

【図２】 同ノズルのノズル本体を図１に示すＸ方向か
ら見た図である。

【図３】 同ノズルのノズル本体を示すものであって、
（ａ）はその正面図、（ｂ）はその噴出口の各位置（横
軸）における反応ガスの風速（縦軸）を示すグラフであ
る。

【図４】 本発明の別の実施例によるラジカル反応式精
密切断装置用ガス供給ノズルのノズル本体を示すもので
あって、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその噴出口の各
位置（横軸）における反応ガスの風速（縦軸）を示すグ
ラフである。

【図５】 本発明の一実施例によるラジカル反応式精密
切断装置用ガス供給ノズルが用いられるラジカル反応式
精密切断装置を示す正断面図である。

【図６】 同装置を示す平断面図である。

【図７】 同装置を示す側断面図である。

【図８】 同装置の案内ローラと給電ブラシ等の関係を
示す斜視図である。

【図９】 同装置のワイヤ電極と供給ノズル、及び被切
断物の関係を示す側面図である。

【図１０】 図９に示すVI−VI線に沿う断面図である。

【符号の説明】

２３ 供給ノズル（ラジカル反応式精密切断装置用ガス
供給ノズル） ２３ａ 噴出口 ２４ 被切断物 ２４ａ 切断溝 ２４ｂ 溝底 ６０ａ，６０ｂ 金属製薄板 ６２ ガス流路 ６２ａ〜６２ｄ 分流路 Ｗ ワイヤ電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワイヤ電極に電圧を印加し、該ワイヤ電
   極と被切断物間に放電を発生させて反応ガスを活性化さ
   せ、該反応ガスによりラジカルを生成して該ラジカルと
   被切断物の構成原子又は分子とをラジカル反応させ、被
   切断物を前記ワイヤ電極に対して該ワイヤ電極を横切る
   方向に相対的に移動させて被切断物を切断するラジカル
   反応式精密切断装置に用いられ、上記ラジカル反応によ
   って形成される被切断物の切断溝よりも薄く形成される
   とともに、該切断溝の溝底に反応ガスを噴出する噴出口
   を側縁に有するガス供給ノズルであって、 エッチングにより対称なガス流路が形成された２枚の金
   属製薄板を相互に固着することを特徴とするラジカル反
   応式精密切断装置用ガス供給ノズル。
2. 【請求項２】 前記ガス流路は複数の分流路からなって
   おり、該各分流路は、反応ガスが通過する際の該各分流
   路における圧損が等しくなるよう配置されていることを
   特徴とする請求項１記載のラジカル反応式精密切断装置
   用ガス供給ノズル。